Криогеника

Криоге́ника (от слов греч. κρύος «холод, мороз» + γένος «род, происхождение») — раздел физики низких температур, изучающий закономерности изменения свойств различных веществ в условиях крайне низких («криогенных») температур. Кроме этого, этим термином обозначают технологии и аппаратно-методические средства работы в условиях низких температур. Также определяется как область науки, охватывающая исследование, развитие и применение криогенной техники.

В 1971 году Международный институт холода принял рекомендацию, согласно которой криогенными температурами следует называть температуры ниже 120 Кельвинов (температура конденсации природного газа) до температуры 0,7 K (температура получения жидкого гелия под вакуумом). Все температуры ниже 0,3 K — это область сверхнизких температур, для получения которых используются специальные методы охлаждения.

Хронология

1823 год — М. Фарадей добивается сжижения хлора, сероводорода, диоксида азота, циана;
1877 год — Л. Кайете и Р. Пикте добиваются сжижения кислорода;
1883 год — З. Врублевский и К. Ольшевский добиваются сжижения азота;
1884 год — К. Ольшевский добивается сжижения водорода;
1897 год — Д. Дьюар добивается сжижения фтора;
1908 год — Г. Камерлинг-Оннес добивается сжижения гелия^[1].

Методы получения низких температур

Холодильные циклы

Обратный Цикл Карно

Дроссельный цикл

Цикл построен на изоэнтальпийном охлаждении при прохождении через дроссель.

Источники холода в цикле

Дросселирование

Дросселирование — понижение давления за счёт проталкивания вещества через узкое проходное сечение. Не является источником холода, а лишь реализует процесс снижения температуры. Источник холода — такое устройство, в котором происходит изменение энтальпии. Дросселирование же — это изоэнтальпийный процесс.

Детандирование

Детандирование — адиабатное расширение потока вещества с получением внешней работы (происходит от фр.).

Различаются детандеры: поршневые, турбо, роторные и др. типов.

Детандер является одним из основных источников «холода» (наряду с компрессором в криогенном цикле).

Адиабатный КПД поршневых детандеров может достигать 90 % и более, у турбодетандеров при высоких температурах указанный параметр не превышает 70 % (при снижении рабочего диапазона температур КПД снижается).

Адиабатическое размагничивание

Адиабатическое размагничивание — метод получения температур ниже 0,7 K. Метод основан на эффекте выделения теплоты из парамагнитных солей при их намагничивании и последующем поглощении теплоты при их размагничивании.

Также существует ядерное адиабатическое размагничивание. В настоящий момент при помощи этого метода достигнута наиболее низкая температура.